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Glycosylation machinery regulated by localization of glycosyltransferases and selective transport of substrate proteins

Research Project

Project/Area Number 23K21358
Project/Area Number (Other) 21H02625 (2021-2023)
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeMulti-year Fund (2024)
Single-year Grants (2021-2023)
Section一般
Review Section Basic Section 47030:Pharmaceutical hygiene and biochemistry-related
Research InstitutionNagoya City University

Principal Investigator

矢木 宏和  名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(薬学), 准教授 (70565423)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 甲賀 大輔  旭川医科大学, 医学部, 准教授 (30467071)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
Keywords糖鎖修飾 / 糖転移酵素 / ゴルジ体 / 糖タンパク質 / 分泌経路 / 糖鎖
Outline of Research at the Start

自然界に存在するタンパク質の半数以上は糖鎖による修飾を受けた糖タンパク質として存在しており、生命現象に深くかかわっている。本研究では、ゴルジ体内における糖転移酵素の局在領域を同定し、基質タンパク質がそれらの領域を適切に通過する選別輸送のメカニズムを解明することにより、糖鎖修飾の制御プログラムの実体を明らかにすることを目指す。

Outline of Annual Research Achievements

超解像顕微鏡を用いてゴルジ体内における糖転移酵素の共局在の度合いを定量的に評価した。その結果、トランスゴルジ槽に局在するとされていた糖転移酵素であっても、詳細に観察するとそれらの分布は有意に異なっていることが明らかとなった。こうした分布の違いは、近接依存性標識を利用して同定した糖転移酵素を取り巻く分子ネットワークの比較からも浮き彫りとなった。さらに本年度は、細胞周期のインディケーターを発現させた細胞を対象に蛍光顕微鏡や電子顕微鏡により観察することで、細胞周期に伴って変化するゴルジ体を捉える基盤技術を整えた。こうした技術を活用し、細胞周期の違いによってゴルジ体内の糖転移酵素の局在がどのように変化しているかを捉えつつある。
さらには、3D-SEM法のプロトコルの最適化を行い、培養動物細胞を対象にしてゴルジリボンの精密な3次元像を構築することに成功している。これを基にゴルジ槽のマーカー分子や糖転移酵素の分布をマッピングするために超解像蛍光顕微鏡と電子顕微鏡の相関計測できる技術基盤を整えた。
また蛍光タンパク質を融合した糖転移酵素をプローブとして、ゴルジ体分画小胞をセルソータで分離することで、これら小胞を対象としたプロテオミクス解析に加え、リピドミクス解析も実施した。これにより、糖転移酵素と局在を共にするタンパク質および脂質を明らかにすることができた。一方、ゴルジ体を薬剤処理などにより断片化することで、様々な糖転移酵素のゴルジ体内の分布を規格定量化することに成功した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

超解像顕微鏡および電子顕微鏡を利用した技術基盤の構築に成功し、糖転移酵素の局在を評価することができている。こうした結果の一部は、Microscopy誌に報告した。さらには、ゴルジ体を断片化し、糖転移酵素の近傍分子の同定することにも成功している。以上を鑑みて、当初の計画以上に進展していると判断した。

Strategy for Future Research Activity

本年度までに蛍光顕微鏡や電子顕微鏡によって、ゴルジ体における糖転移酵素の局在領域を明らかにしてきた。これまで構築してきた蛍光-電子相関顕微鏡法を活用することで、ゴルジ体の微細形態と糖転移酵素の局在の関係を明らかにすることを試みるとともに、細胞周期に応じて変化する糖転移酵素の局在を明らかにする。
さらには、糖転移酵素の近傍分子に着目し、それらが糖転移酵素の局在を規定する機構をあきらにする。一方で、これまでに、近接依存性標識やゴルジ体小胞分画法により見出してきた、基質タンパク質が細胞ルートで遭遇した分子および糖転移酵素を取り巻く分子に着目して、それらタンパク質の機能解析を引き続き実施する。特にガラクトース転移酵素に結合するパートナータンパク質による基質認識機構に着目して研究を進める。

Report

(3 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (56 results)

All 2024 2023 2022 2021

All Journal Article (13 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 9 results,  Open Access: 9 results) Presentation (43 results) (of which Int'l Joint Research: 11 results,  Invited: 10 results)

  • [Journal Article] 技術講座:糖鎖構造のオミクス解析2024

    • Author(s)
      矢木宏和,加藤晃一
    • Journal Title

      細胞

      Volume: 56 Pages: 30-32

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    • Author(s)
      Ishida Kotaro、Yagi Hirokazu、Kato Yukinari、Morita Eiji
    • Journal Title

      PLOS Pathogens

      Volume: 19 Issue: 10 Pages: 1011681-1011681

    • DOI

      10.1371/journal.ppat.1011681

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    • Author(s)
      Ninagawa Satoshi、Matsuo Masaki、Ying Deng、Aso Shinya、Matsushita Kazutoshi、Fueki Akane、Saito Shunsuke、Imami Koshi、Kizuka Yasuhiko、Sakuma Tetsushi、Yamamoto Takashi、Yagi Hirokazu、Kato Koichi、Mori Kazutoshi
    • Journal Title

      e Life

      Volume: - Pages: 1-29

    • DOI

      10.7554/elife.93117.1

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    • Author(s)
      Koga Daisuke、Kusumi Satoshi、Yagi Hirokazu、Kato Koichi
    • Journal Title

      Microscopy

      Volume: - Issue: 3 Pages: 1-111

    • DOI

      10.1093/jmicro/dfad050

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    • Author(s)
      Kondo Kiyotaka, Harada Yoichiro, Nakano Miyako, Suzuki Takehiro, Fukushige Tomoko, Hanzawa Ken, Yagi Hirokazu, Takagi Koichi, Mizuno Keiko, Miyamoto Yasuhide, Taniguchi Naoyuki, Kato Koichi, Kanekura Takuro, Dohmae Naoshi, Machida Kentaro, Maruyama Ikuro, Inoue Hiromasa
    • Journal Title

      Journal of Biological Chemistry

      Volume: 298(6) Issue: 6 Pages: 101950-101950

    • DOI

      10.1016/j.jbc.2022.101950

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    • Author(s)
      Umezawa F, Natsume M, Fukusada S, Nakajima K, Yamasaki F, Kawashima H, Kuo CW, Khoo KH, Shimura T, Yagi H, Kato K.
    • Journal Title

      Int J Mol Sci.

      Volume: 23 Issue: 12 Pages: 6662-6662

    • DOI

      10.3390/ijms23126662

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    • Author(s)
      Saito Taiki、Yagi Hirokazu、Kuo Chu-Wei、Khoo Kay-Hooi、Kato Koichi
    • Journal Title

      Communications Biology

      Volume: 5 Issue: 1 Pages: 676-676

    • DOI

      10.1038/s42003-022-03616-1

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    • Author(s)
      Yagi Hirokazu、Amagasa Eijiro、Shiota Masaaki、Yamada Issaku、Aoki-Kinoshita Kiyoko F、Kato Koichi
    • Journal Title

      Glycobiology

      Volume: 32 Issue: 8 Pages: 646-650

    • DOI

      10.1093/glycob/cwac025

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    • Author(s)
      Saito Taiki、Yagi Hirokazu
    • Journal Title

      Methods Mol Biol.

      Volume: - Pages: 19-30

    • DOI

      10.1007/978-1-0716-2635-1_2

    • ISBN
      9781071626344, 9781071626351
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  • [Journal Article] Establishment of a novel monoclonal antibody against truncated glycoforms of α-dystroglycan lacking matriglycans2021

    • Author(s)
      Yamasaki Fumiya、Umezawa Fumiko、Sensui Tomohiro、Anzo Masashi、Abo Hirohito、Kuo Chu-Wei、Khoo Kay-Hooi、Kato Koichi、Yagi Hirokazu、Kawashima Hiroto
    • Journal Title

      Biochemical and Biophysical Research Communications

      Volume: 579 Pages: 8-14

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2021.09.043

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  • [Journal Article] Purified EDEM3 or EDEM1 alone produces determinant oligosaccharide structures from M8B in mammalian glycoprotein ERAD2021

    • Author(s)
      George Ginto、Ninagawa Satoshi、Yagi Hirokazu、Furukawa Jun-ichi、Hashii Noritaka、Ishii-Watabe Akiko、Deng Ying、Matsushita Kazutoshi、Ishikawa Tokiro、Mamahit Yugoviandi P、Maki Yuta、Kajihara Yasuhiro、Kato Koichi、Okada Tetsuya、Mori Kazutoshi
    • Journal Title

      eLife

      Volume: 10

    • DOI

      10.7554/elife.70357

    • NAID

      120007167291

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  • [Journal Article] An Embeddable Molecular Code for Lewis X Modification Through Interaction with Fucosyltansferase 92021

    • Author(s)
      Taiki Saito, Hirokazu Yagi, Chu-Wei Kuo, Kay-Hooi Khoo, Koichi Kato
    • Journal Title

      Research Square

      Volume: -

    • DOI

      10.21203/rs.3.rs-1168711/v1

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    • Author(s)
      矢木宏和,加藤晃一
    • Journal Title

      バイオサイエンスとバイオインダストリー

      Volume: 79 Pages: 472-476

    • NAID

      40022750612

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      矢木宏和
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      Taiki Saito, Shungo Adachi, Hirokazu Yagi, Koichi Kato
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      GLYCO26
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      蜷川 暁,松尾將生,鄧 桜,阿曽伸哉,松下和俊,笛木 茜,斎藤俊介,今見考志,木塚康彦,佐久間哲史,山本 卓,矢木宏和,加藤晃一,森 和俊
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      矢木宏和
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      立尾清悟,齋藤泰輝,戸島拓郎,甲賀大輔,矢木宏和,加藤晃一
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      矢木宏和
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  • [Presentation] トーキョーウイルスのO型糖鎖の構造解析2023

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      Jinbo Shim,矢木宏和,武村政春,横田育子,古川潤一,加藤晃一
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  • [Presentation] Glycan structure analysis of giant viruses and their host, acanthamoeba2023

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      Jinbo Shim, Hirokazu Yagi, Masaharu Takemura, Ikuko Yokota, Jun-ichi Furukawa, and Koichi Kato
    • Organizer
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  • [Presentation] Elucidation of the mechanisms of protein glycosylation controlled by passport sequence2023

    • Author(s)
      Rio Nakano, Rino Yamada, Emiko Nishi, Taiki Saito, Kengo Inutsuka, Shungo Adachi, Takuro Tojima, Jun-ichi Furukawa, Rena Honda, Saeko Yanaka, Maho Yagi-Utsumi, Hirokazu Yagi, and Koichi Kato
    • Organizer
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      Mei Hoshina, Hirokazu Yagi, Maho Yagi-Utsumi, Satoshi Ishikawa, Shigeaki Hida, and Koichi Kato
    • Organizer
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Toward elucidation of functional complex structure of ERGIC2023

    • Author(s)
      Kengo Inutsuka, Taiki Saito, Hirokazu Yagi, Maho Yagi-Utsumi, and Koichi Kato
    • Organizer
      Symposium on Frontier Research for Disease-related Proteins and 2023 Korea-Japan Joint Meeting for Molecular Sciences
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  • [Presentation] Unraveling the Mechanisms of Protein-Specific Glycosylation by Golgi Apparatus Glycosyltransferases2023

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      Hirokazu Yagi
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    • Author(s)
      中野里音,山 梨乃,西 栄美子,斎藤泰輝,犬塚健剛,足達俊吾,戸島拓郎,古川潤一,本田怜奈,谷中 冴子,矢木真穂,矢木宏和,加藤晃一
    • Organizer
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      保科 明,矢木宏和,矢木真穂,石川 怜,肥田重明,加藤晃一
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      矢木宏和
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    • Invited
  • [Presentation] 巨大ウイルスおよびその宿主であるアカントアメーバの糖鎖構造解析2022

    • Author(s)
      Jinbo Shim,矢木宏和,武村政春,古川潤一,加藤晃一
    • Organizer
      第17回 糖鎖科学中部拠点 若手の力フォーラム
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 巨大ウイルスが有する糖転移酵素様タンパク質の性状解析2022

    • Author(s)
      戸室幸太郎,矢木宏和,関口太一郎,谷中冴子,内橋貴之,武村政春,加藤晃一
    • Organizer
      令和3年度 生物物理学会中部支部講演会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] タンパク質構造情報を基盤とした高速 AFM イメージングデータの再構築手法の開発2022

    • Author(s)
      金岡優依,矢木宏和,加藤晃一,Florence Tama,宮下 治,内橋貴之
    • Organizer
      令和3年度 生物物理学会中部支部講演会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 構造解析を基軸とした糖タンパク質糖鎖の機能解析2022

    • Author(s)
      矢木宏和
    • Organizer
      群馬大学 第3回 生体分子化学セミナー
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Dynamic Views of Oligosaccharides and Glycoproteins Provided by Experimental and Computational Observations2021

    • Author(s)
      Koichi Kato, Saeko Yanaka, Tokio Watanabe, Tatsuya Suzuki, Rina Yogo, Tadashi Satoh, Takumi Yamaguchi, and Hirokazu Yagi
    • Organizer
      3rd Australasian Glycoscience Symposium (3rd AGS)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] An embeddable molecular code for Lewis X modification through interaction with FUT92021

    • Author(s)
      Taiki Saito, Hirokazu Yagi1, Chu-Wei Kuo, Kay-Hooi Khoo, and Koichi Kato
    • Organizer
      3rd Australasian Glycoscience Symposium (3rd AGS)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 高速原子間力顕微鏡を用いた糖転移酵素の分子構造動態解析2021

    • Author(s)
      矢木宏和,渡辺大輝,Ganser Christian,金 明美,吉田早希,佐藤匡史,梅澤芙美子,柚木康弘,守島 健,杉山正明,内橋貴之,加藤晃一
    • Organizer
      第30回 日本バイオイメージング学会学術集会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 細胞外小胞に発現する糖鎖の構造、機能およびがんとの関連2021

    • Author(s)
      原田陽一郎,近藤清貴,中嶋和紀,中の三弥子,鈴木健裕,堀 貫治,矢木宏和,加藤晃一,鈴木 匡,堂前 直,金藏拓郎,井上博雅,丸山征郎,谷口直之
    • Organizer
      第8回 日本細胞外小胞学会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] パスポート配列の付加による糖タンパク質の特異的な糖鎖修飾メカニズム2021

    • Author(s)
      山田梨乃,矢木宏和,戸島拓郎,青木一洋,本田怜奈,矢木真穂,足達俊吾,加藤晃一
    • Organizer
      第40回 日本糖質学会年会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 医薬・工連携による次世代バイオ医薬品開発への期待2021

    • Author(s)
      矢木宏和
    • Organizer
      名古屋市立大学・豊橋技術科学大学 包括連携協定締結記念シンポジウム「医薬・工連携の新たな挑戦」
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited

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Published: 2021-04-28   Modified: 2024-12-25  

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